Pesquisadores daUniversidade Técnica de Munique(TUM) eUniversidade RWTH Aachenna Alemanha compararam o desempenho elétrico de baterias de íons de sódio de alta energia (SIBs) com o de uma bateria de íons de lítio de alta energia (LIBs) de última geração com um cátodo de fosfato de ferro-lítio (LFP).

A equipe descobriu que o estado de carga e a temperatura têm maior influência na resistência de pulso e na impedância dos SIBs do que dos LIBs, o que pode influenciar as escolhas de design e sugere que os SIBs podem exigir sistemas de gerenciamento de temperatura e carga mais sofisticados para otimizar o desempenho, especialmente em níveis de carga mais baixos.

• Para explicar melhor a resistência ao pulso: o termo refere-se à queda de tensão da bateria quando uma demanda repentina de energia é aplicada. Portanto, a pesquisa indica que as baterias de íons de sódio são mais afetadas pelo nível de carga e pela temperatura do que as baterias de íons de lítio.

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“Baterias de íons de sódio [SIBs] são geralmente vistas como uma substituição imediata para LIBs”, afirmaram os cientistas. “No entanto, as diferenças no comportamento eletroquímico do sódio e do lítio exigem adaptações tanto no ânodo quanto no cátodo. Enquanto para baterias de íons de lítio [LIBs] o grafite é geralmente usado como material de ânodo, para SIBs o carbono duro é atualmente visto como o material mais promissor para SIBs.”

Eles também explicaram que seu trabalho tinha como objetivo preencher uma lacuna na pesquisa, já que ainda há falta de conhecimento sobre o comportamento elétrico dos SIBs em termos de temperaturas variáveis ​​e estados de carga (SOCs).

A equipe de pesquisa conduziu, em particular, medições de desempenho elétrico em temperaturas variando de 10 graus C a 45 graus C e medições de tensão de circuito aberto da célula inteira em diferentes temperaturas, bem como medições de meia célula das células correspondentes a 25 graus C.

“Além disso, investigamos a influência da temperatura e do SOC na resistência à corrente contínua (R DC) e na espectroscopia de impedância eletroquímica galvanostática (GEIS)”, especificou. “Para examinar a capacidade utilizável, a energia utilizável e a eficiência energética em condições dinâmicas, realizamos testes de capacidade de taxa aplicando diferentes taxas de carga em diferentes temperaturas.”

Os pesquisadores mediram uma bateria de íons de lítio, uma bateria de íons de sódio com um cátodo de níquel-manganês-ferro e uma bateria de íons de lítio com um cátodo LFP. Todas as três apresentaram histerese de tensão, o que significa que a tensão em circuito aberto diferiu entre o carregamento e o descarregamento.

“Curiosamente, para SIBs, a histerese ocorre principalmente em SOCs baixos, o que, de acordo com as medições de meia-célula, provavelmente se deve ao ânodo de carbono duro”, enfatizaram os acadêmicos. “A corrente contínua R e a impedância da LIB demonstram pouquíssima dependência do SOC. Em contraste, para SIBs, a corrente contínua R e a impedância aumentam significativamente em SOCs abaixo de 30%, enquanto SOCs mais altos têm o efeito oposto e levam a valores mais baixos de corrente contínua R e impedância.”

Além disso, eles constataram que a dependência da temperatura entre R_DC e impedância é maior para SIBs do que para LIBs. "Os testes com LIBs não mostram uma influência significativa do SOC na eficiência de ida e volta. Em contraste, a ciclagem dos SIBs de 50% para 100% de SOC pode reduzir as perdas de eficiência em mais da metade em comparação com a ciclagem de 0% para 50%", explicaram ainda, observando que a eficiência dos SIBs aumenta drasticamente ao ciclar as células em uma faixa de SOC mais alta em comparação com uma faixa de SOC mais baixa.